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IMAGES VIBRATOIRES DES PRINCIPAUX DEFAUTS

I. INTRODUCTION : Le diagnostic de l'tat d'une machine n'est possible que si l'on connat les symptmes

vibratoires associs chaque dfaut susceptible d'affecter la machine considre, c'est dire si l'on connat les images vibratoires induites par ces dfauts. La connaissance de ces images vibratoires et de la cinmatique de la machine permet de formuler un diagnostic de l'tat de la machine. Malheureusement, une mme image vibratoire peut correspondre plusieurs dfauts. Il faut donc tablir la liste de tous les dfauts correspondant chaque image et, par dduction, entreprendre les analyses complmentaires et rechercher d'autres symptmes pour se diriger progressivement vers l'hypothse la plus probable.

Dans cette leon, on se propose d'tudier les images vibratoires des principaux dfauts. II. DESEQUILIBRE - DEFAUT DE BALOURD : II.1. Dfinition :

En pratique, il est impossible d'obtenir une concentricit parfaite des centres de gravit de chaque lment constitutif d'un rotor. De cette non-concentricit , rsulte l'application de forces centrifuges qui dforment le rotor. Ces dsquilibres proviennent gnralement (le dfauts d'usinage, d'assemblage et de montage, ou sont la consquence:

d'un dfaut de type mcanique : perte d'ailette, rosion ou encrassement d'une altration thermique : dformation suite des dilatations diffrentes des matriaux constituant le rotor ou des diffrences de temprature localises ;

Dfaut de montage Dfaut d'usinage

Enceassement dun ventilateur Perte d'ailette d'une pompe

Figure1 : exemples de defauts

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II.2. Mesure : Gnralement, le spectre est issu d'une mesure prise radialement (souvent dans la direction

radiale horizontale), except pour les rotors en porte--faux pour lesquels on peut constater galement, dans la direction axiale, la prpondrance de la composante correspondant la frquence de rotation.

II.3. Signature vibratoire : Le balourd induit, dans un plan radial, une vibration dont le spectre prsente une

composante dont la frquence de base correspond la frquence de rotation. Elle reprsente alors le pic le plus lev [figure 4.21.

Cependant, la machine peut galement vibrer suivant d'autres harmoniques gales un multiple (le la frquence de rotation. Le nombre d'harmoniques et leur amplitude sont directement lis au nombre de plans de balourd mcanique et leur cart de phase. La bande de mesure est conue de faon prendre en compte de lgres variations autour de la vitesse de rotation affiche par le constructeur.

Figure 2 :Spectre reel dun ventilateur tournant 2925 tr/min (48.75 Hz) traduisant la presence dun balourd

II.4. Remarque De nombreux dfauts, autres que ceux du balourd, sexpriment par une composante

d'amplitude leve la frquence de rotation : c'est l'analyse des phases qui permet de les diffrencier.

En effet, pour deux points de mesure radiaux (situs 90 sur un mme palier), le dphasage entre composantes de frquence gale la frquence de rotation est proche de 90, dans le cas d'un dfaut li un balourd [figure 3 les points (1) et (2) ].

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Figure 3- cas de balourd:Effort rotatif se produisant avec

un dephasage de 90 entre les points (1) et(2)

ynamique urd statique les

de

onc

int

Figure 4:a- balourd statique

n cas de balourd d

ynamique

Un dfaut

II.5. Balourds statique et dEn cas de baloux paliers supportant le rotor

vont subir, en mme temps, l'effort centrifuge d au dsquilibre. Il n'y aura daucun dphasage entre les mesures prises au mme posur les deux paliers

Eynamique les deux paliers

supportant le rotor vont subir les efforts centrifuges de faon alterne. Le dphasage (voisin de 180) entre les mesures effectues au mme point sur deux paliers conscutifs est donc rvlateur d'un balourd dynamique

Figure 4:b- balourd d

de balourd est donc rvl par :

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frquence de rotation du rotor en

voisin de 90 entre deux composantes correspondant des

III. DEFAUTS D'ALIGNEMENT :

Le dfaut d'alignement est l'une des principales causes de rduction de la dure de vie des q

III.2. Dsalignement d'arbres accoupls

dsalignement angulaire au niveau de l'a s

III.3. Dsalignement radial : Il direction radiale de composante d'ordre 2 de la frquence

d

axiale.

ion axiale de composante d'ordre 1, 2, 3 ou 4 de la

Une composante d'amplitude leve ladirection radiale, Un dphasage points de mesure radiaux sur le mme palier du rotor.

III.1. Dfinition :

uipements. Il concerne soit deux arbres lis par un accouplement, soit deux paliers soutenant le mme axe.

Figure 5 : Dfauts dalignement

Les axes des deux rotors peuvent prsenter un ccouplement ou un dsalignement radial (dfaut de concentricit) ou la combinaison de

deux [figure 5]

apparat une vibration dans lae rotation (rarement d'ordre 3, voire exceptionnellement d'ordre 4), avec des

amplitudes suprieures aux composantes d'ordre 1. Le mme phnomne se manifeste dans la direction

Figure 6

III.4. dsalignement angulaire : Il apparat sous forme dune vibrat

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fr

III.5. Remarque: nement gnre forcment du balourd dynamique ; il s'accompagne donc

d'

III.6. Dsalignement des paliers :

Les axes des deux paliers d'un mme corps de machine ne sont pas concentriques (figure 4.

Figure 8 : Dsalignement de paliers s traduisant par une flexion de I'arbre

La figure 9 re compresseur, ex

quence de rotation avec des amplitudes suprieures celles des composantes radiales correspondantes.

Figure 7

Un problme d'aligune lvation du niveau la frquence de rotation F0. C'est la prdominance du niveau 2

F0 ou F0 qui dtermine si le problme gnrique est le lignage ou le balourd.

71. Cette anomalie peut tre la consquence d'un dfaut de montage d'un palier, mais galement d'un mauvais calage des pattes de fixation ou d'une dformation de chssis (par exemple la suite de contraintes thermiques), qui se traduit par une flexion de l'arbre du rotor.

eprsente le spectre rel d'un dsalignement entre multiplicateur et

prim par le fait que l'ordre 2 de la frquence de rotation est nettement prpondrant.

ISET DE KAIROUAN rielle

Le peigne de raies trs marqu, de pas 25 Hz, traduit l'existence de chocs la frquence de rotation, consquence d'une nette usure de l'accouplement. Il faut rappeler que la reprsentation des amplitudes cri dcibel ou l'aide d'une chelle logarithmique permet une bien meilleure mise en vidence du peigne de raies que la reprsentation l'aide d'une chelle linaire classique.

Figure 9 : spectre rel d'un dfaut d'alignement Sur un compresseur tournant 1 500 tr/min (25Hz) Un dfaut d'alignement est rvl par un pic d'amplitude prpondrante gnralement, 2 fois la frquence de rotation (parfois 3 ou 4 fois).

IV. DEFAUTS DE TRANSMISSION PAR COURROIES : Le principal dfaut rencontr sur ce type de transmission est li une dtrioration localise

d'une courroie : partie arrache, dfaut de jointure, [figure10] impliquant un effort ou un choc particulier la frquence de passage fc de ce dfaut dfinie par :

22

11

c f.LD.

=f.LD.

=F FC: frquence de passage de la courroie. Dl et D2: diamtres des poulies 1 et 2. f1, et f2 : frquences de rotation des poulies 1 et 2. L : la longueur de la courroie.

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Figure 10 : Transmission par une courroie prsentant un dfaut

La longueur L de la courroie peut s'exprimer en fonction des diamtres des poulies d'entranement Dl et D2 et de leur entraxe E

E4)D- D(

+E2+)D+D(2

=L2

1221

Le dfaut de longueur (1) provoque un train d'impulsions

- sur le rotor 1, la vitesse de courroie est gale : 111

1 D.f.=2D

. le dfaut se manifeste

priodiquement la frquence : LD

f. 11

- sur le rotor 2, la vitesse de courroie vaut : 222

2 D.f.=2D

. le dfaut se manifeste

la frquence : LD

f. 22 gale LD

f. 11 ,

La frquence d'un dfaut de courroie est donc dfinie par :

LD

f.=LD

f.=f 221

1Courroie

LImage vibratoire donne un pic d'amplitude importante la frquence de passage de la courroie, ou de ses harmoniques. Figure 11

Figure 11 : Image vibratoire thorique et spectre d'un dfaut de transmission par courroies

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Dfaut li un dsalignement trs marqu Dans le domaine temporel le dfaut s'exprime par un train d'impulsions (figure)

Courroief1

=

Figure 12 : Train d'impulsions dues un dfaut sur une courroie

La longueur des impulsions peut tre une fonction croissante de la longueur l du dfaut et dcroissante de la vitesse de rotation. Le spectre est constitu d'harmoniques de la frquence de courroie k.f

Courroie , avec k = 1, 2, 3,... d'amplitudes dcroissantes. Exemple

Les figures 12 et 13 reprsentent les spectres des vibrations d'un palier qui guide un rotor sur lequel est mont une poulie : sans et avec courroie.

En absence de courroie, les amplitudes des harmoniques de la vitesse de rotation sont importantes ; ils peuvent tre dus un balourd dans la poulie ou un dfaut de coaxialit.

Figure 13 : Spectre de vibration du palier cot poulie sans la courroie ; frquence de rotation : 29 Hz

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En fait le dfaut de coaxialit ne se manifeste qu'avec la courroie, en provoquant un dplacement priodique de la poulie, lui-mme crant une variation priodique de la tension de la courroie.

En prsence de courroie, l'apparition d'un ensemble de raies harmoniques, jusqu' l'ordre 14, de la frquence de courroie (6,70 Hz) est significative de chocs priodiques ; noter que la raie la frquence de courroie prsente une faible amplitude.

Le faible cart entre le 4ime harmonique (4fcourroie) et la frquence de rotation frotation conduit

un phnomne de battement la frquence 4fcourroie - fr = 2,2 Hz.

Figure 14 : Spectre de vibration du palier cot poulie avec la courroie. Frquence de courroie : 6,70 Hz. Vitesse de rotation : 29 Hz

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